EP3513495A1 - Treiberschaltung zur auswertung und ansteuerung eines piezoelektrischen bauelements, taste mit haptischer rückmeldung und betriebsverfahren - Google Patents

Treiberschaltung zur auswertung und ansteuerung eines piezoelektrischen bauelements, taste mit haptischer rückmeldung und betriebsverfahren

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Publication number
EP3513495A1
EP3513495A1 EP18711938.3A EP18711938A EP3513495A1 EP 3513495 A1 EP3513495 A1 EP 3513495A1 EP 18711938 A EP18711938 A EP 18711938A EP 3513495 A1 EP3513495 A1 EP 3513495A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
driver circuit
voltage
node
inverting input
comparator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18711938.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roman PUCHLEITNER
Harald Kastl
Aditya RAJAPURKAR
Daniel Neuwirth
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Publication of EP3513495A1 publication Critical patent/EP3513495A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/964—Piezoelectric touch switches
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
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    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback

Definitions

  • the invention relates to driver circuits for the evaluation and control of a piezoelectric device.
  • the piezoelectric device may provide haptic feedback to a user, connected to a button or as part of a button.
  • the application relates to such a key and a method for operating such a button with haptic feedback.
  • Small-stroke buttons support the miniaturization trend.
  • Circuits designed to respond to an input by a user are known, for example, from US Pat. No. 8,605,053 B2.
  • Sensor circuits with a piezoelectric component are known from EP 3,018,824 AI.
  • buttons with haptic feedback which can provide additional information, have a lower energy consumption and are less susceptible to defects. This requires new circuits for triggering the activation states and for driving such switches as well as methods for controlling the mechanical elements of the switches.
  • the driver circuit includes a signal port to a ers ⁇ th terminal and a second terminal.
  • the circuit further has a first node and a second node.
  • the driver circuit has a comparator with an inverting input, a non-inverting input and an output.
  • the driver circuit has an operational amplifier with an inverting input, a non-inverting input and an output.
  • the first terminal is electrically connected to the inverting input of the operational amplifier.
  • the second terminal is electrically connected to the non-inverting input of the comparator.
  • the inverting input of the comparator is electrically connected to the output of the operational amplifier.
  • the first node is with the Output of the operational amplifier electrically conductive verbun ⁇ the.
  • the inverting input of the comparator is electrically connected to the inverting input of the operational amplifier.
  • the second node is connected to the non-inverted input of the operational amplifier animal electrically lei ⁇ tend.
  • the signal port is intended to be electrically connected to a piezoe ⁇ lectric component.
  • the first terminal of the signal port can be connected to a first electrode of the piezoelectric component.
  • the second terminal of the signal port may be connected to a second electrode of the piezoelectric component.
  • the piezoelectric component may have a stacked construction with a base body of a piezoelectric material and structured electrode surfaces in metallization layers. In each case, layers of the piezoelectric material and layers of the electrode surfaces are alternately angeord ⁇ net.
  • the electrode surfaces are electrically conductively connected to one of two external electrodes. On its top and / or bottom of the stack may have a "roof" in ⁇ .
  • the layer stacks has a different height and a schenliche under ⁇ width. That is, in a variation of the anlie ⁇ ing voltage a change in length is induced, which is reinforced by the roof with a lever construction.
  • the stroke during active or passive operation of the button can be of the order of a few 100 ym, z. B. at most a few 100 ⁇ lie, and is therefore relatively low for a key stroke.
  • the induced voltage change which is a measure of the force acting on the key, can be read out.
  • a voltage pulse or a voltage signal can be output to the piezoelectric element ⁇ the to effect a mechanical movement of the key.
  • the above-mentioned driver circuit has the advantage that on the one hand it manages with relatively few circuit components.
  • the specified driver scarf ⁇ tion allows readout of the pressure acting on the button and a driver-side activation of the piezoelectric device to cause a haptic feedback.
  • the voltage applied to the piezoelectric device voltage change can thus both read out simultaneously and controlled or Gere ⁇ gel.
  • the driver circuit makes it possible to recycle electric power provided for activating the piezoelectric device.
  • the power consumption is thereby compared with circuits that are known and z. B. on driver output stages with linear regulators, reduced.
  • the driver circuit enables the piezoelectric construction ⁇ element with respect to a waveform, that is, so to control the temporal profile of the voltage that is transmitted to the device, and as regards the level of the output voltage to the device, or to regulate that the construction element ⁇ reliably Feedback signal is as soon as the pie ⁇ zoelektrischen component by pressure, an output voltage is generated.
  • the signal shape is freely configurable while maintaining certain edge times.
  • a generated during pressing or releasing the piezoelectric component voltage signal or a voltage ⁇ change is supplied to the operational amplifier and processed accordingly by him, so that the signal, for. B. ei ⁇ nem microcontroller, can be evaluated.
  • the operational amplifier prepares a signal specification (target specification) of a microcontroller so that it can be supplied to the comparator.
  • the operational amplifier may be connected via an analog-to-digital converter (ADC).
  • ADC analog-to-digital converter
  • DAC Digital / Analog Converter
  • An electrical signal, z. B. a current signal, can pie ⁇ zoelektrischen component, z. B. via a low resistance, measured and supplied to the comparator. This signal is compared with the signal output of the operational amplifier. If the component current to the piezoelectric component and thus the voltage falls short of the piezoelectric component, via the comparator, the further circuit element, for. B. can drive a half-bridge, counter-controlled.
  • the half bridge can be more
  • Circuit elements eg. B. transistors, drive.
  • the voltage applied to the piezoelectric component voltage if it is too low with respect to a desired value.
  • the voltage can be reduced if it is too low with respect to a currently set comparison value.
  • the operational amplifier can have a feedback loop for this purpose.
  • a signal is output to the piezoelectric device when a key depression is detected.
  • pressure on the piezoelectric component can also switch a free output on the microcontroller.
  • the driver circuit additionally comprises a half-bridge.
  • the driver circuit may include a third node, a fourth node, and a fifth node Have nodes.
  • the driver circuit comprises a first transistor and a second transistor, a first diode and a second diode and a condensate ⁇ sator.
  • the half-bridge is electrically connected to the first terminal, to the first transistor, to the second transistor and to the output of the comparator, to the fourth node and to the fifth node.
  • the first diode is electrically connected to the first terminal and the capacitor.
  • the second diode is electrically connected to the first terminal.
  • the first transistor is electrically connected to the first terminal and the third node.
  • the second transistor is electrically conductively connected to the first terminal and the third terminal.
  • the third node may represent a supply terminal of the dri ⁇ berscrien or electrically conductively connected to a supply circuit for the driver circuit.
  • the capacitor is used for temporary storage of electrical energy.
  • the first transistor and the second transistor and the first diode and the second diode serve for driving the signal port to which the piezoelectric device is joined ⁇ can be. If the component current of the piezoelectric component and thus the voltage at the piezoelectric component is undershot, the half-bridge is driven via the comparator, which in turn drives the first transistor and the second transistor. If the first transistor is closed and the second transistor is open, then voltage is supplied if the voltage at the piezoelectric component is too low.
  • the signal port is supplied with electrical power, for. B. when the voltage at the signal port is not too low.
  • the power supply to the Signal port SP can be routed through a coil to smooth current or voltage waveforms.
  • the coil can be connected in series between the half-bridge and the first terminal of the signal port.
  • the inclusion of the half-bridge realizes a Wegreg ⁇ ler, which is controlled by the comparator and to be supplied with a ge ⁇ desired voltage, the piezoelectric component or the signal port.
  • the switching regulator also ensures that during discharging of the piezoelectric element, that is at a sinking, applied to the signal port voltage (falling edge), the energy supplied to the capacitor leads is ⁇ . This energy is removed again during the next charge cycle of the piezoelectric component (rising edge: increasing voltage at the signal port).
  • the driver circuit additionally comprises a microcontroller, an A / D converter, a D / A converter, a voltage converter and the piezoelectric component.
  • the first node is electrically connected to the microcontroller via the A / D converter.
  • the second node is electrically connected to the microcontroller via the D / A converter.
  • the fourth node is electrically connected to the microcontroller.
  • the fifth node is
  • the third node is electrically connected to a supply terminal via the voltage converter.
  • the signal port is electrically connected to the piezoelectric component.
  • An object of the operational amplifier is to provide a Sig ⁇ nalvorgabe (set default) by the microcontroller provided, via the D / A converter, so that the signal to the comparator, which controls the half-bridge of the switching regulator, can be fed.
  • the signal from the D / A converter provides the waveform for the output signal to the signal port.
  • the voltage at the signal port is measured and fed via a high-impedance resistor divider to the operational amplifier.
  • the signal specification is compared with the actual voltage at the signal port and corrected if necessary.
  • the piezoelectric device is part of a switch with haptic feedback.
  • a keypress can be registered by evaluating a voltage applied to the piezoelectric component.
  • the haptic feedback can be generated by applying a voltage to the piezoelectric device.
  • one or more outputs of the microcontroller can be switched.
  • the driver circuit to ⁇ additionally has a voltage divider between the signal port and the comparator and / or a voltage divider between the signal port and the operational amplifier.
  • Activation voltages for piezoelectric components in the form of piezoelectric actuators can be on the order of at most a few 100 volts, z. B. 100 volts, are. Such voltages would potentially destroy electrical components such as comparators, operational amplifiers, half-bridges and transistors.
  • Voltage divider, z. B. in the form of high-impedance resistor divider, between the signal port and the sensitive components reduce the voltage level for the sensitive components. While the signal From the D / A converter specifies the signal form for the output signal at the signal port, the voltage at the signal port is measured and therefore supplied via the high-impedance resistor divider to the operational amplifier in a feedback loop.
  • the resistor divider ensures that the voltage at the operational amplifier and subsequently on the microcontroller to a safe level, z. B. of 5 volts or less, is ⁇ reduced to protect the low voltage part of the circuit.
  • the circuit may have a low resistance at the signal port. About the low resistance, the current signal is measured at the signal port and the comparator ⁇ leads.
  • the advantage of such a driver circuit is that the control of the signal port is realized by means of a switching regulator. This ensures that only the mo ⁇ mentan needed energy to the signal port during stei ⁇ constricting edge is supplied.
  • the transistors of the switching regulator are switched so that the charging ⁇ energy is supplied to a capacitor and is available again at the next charge cycle.
  • excess energy is no longer dissipated.
  • the efficiency of the driver circuit is improved and the components of the driver circuit must not be for higher currents and electrical services ⁇ sets are. Incidentally, during discharge, the electrical charge is not dissipated to ground in order to re ⁇ al must steep edges.
  • the discharge edge is regulated.
  • a short ⁇ close the signal port is prevented in order to achieve better electromagnetic compatibility.
  • a voltage at the signal port is adjustable by a switching control.
  • the voltage to be set by the switching control signal may be a time varying amplitude ⁇ Lich. Both when you press the switch and when you release the switch thus any movement patterns, eg. B. vibration pattern can be generated by the piezoelectric device.
  • the signal form can be stored in the microcontroller.
  • comparator is realized by an operational amplifier without feedback.
  • Such comparators can be produced with relatively little design effort and satisfy the requirements of the driver circuit.
  • the comparator is realized with adjustable hysteresis.
  • the power supply of at least one operational amplifier is realized with a series regulator.
  • the microcontroller and the comparator can be realized by the power supply to the series regulator or an additional power supply with an additional regulator.
  • In-line regulators basically ensure a good smoothness of the signal.
  • a so-called step-up converter or a charge pump can be used to generate the supply voltage of the signal port
  • the supply voltage for the entire driver circuit can be 12 volts and can be made available, for example, from the electrical system of a motor vehicle the voltage level of 100 volts or more for the signal port. It is possible that the driver circuit comprises a high-impedance voltage divider, via which the signal port anlie ⁇ constricting voltage is supplied to the operational amplifier.
  • the signal port is controlled by a comparator via a switching regulator and supplied with a predetermined voltage, wherein the predetermined voltage is stored in a microcontroller.
  • the driver circuit comprises a coil which is electrically connected to the first terminal and which smoothes the electrical signal to the signal port.
  • the signal port can be activated by triggering one or more digital inputs of a microcontroller.
  • Touch sensor is triggered.
  • the touch sensor can be part of the driver circuit.
  • the touch sensor can also be part of an external circuit environment with which the driver circuit is electrically connected.
  • the driver circuit prefferably has a resistive element connected between the inverting input of the
  • Operational amplifier is connected, includes. Furthermore, the driver circuit may comprise a series connection with a resistive element and a capacitive element. This series connection can be parallel to the resistive element and thus also between the inverting input of the Comparator and the inverting input of the
  • the resisitve element of series connection can one
  • the resistive element which is connected in parallel with the series connection, can have a resistance of 180 kQ to 260 kQ, eg. B. 220 kQ, have.
  • Series connection can have a capacity of 5nF to 15nF, eg. B. 10 nF, have.
  • Element and the series circuit improves the control behavior and thus the signal quality of the signal that can be provided on the signal port SP.
  • a further resistive element for. B. with a resistance of 3 kQ, be interconnected.
  • a button with haptic feedback comprises a piezoelectrically ⁇ cal device and a driver circuit.
  • the driver ⁇ circuit can, for. B. be configured as stated above.
  • the driver circuit is designed to register an induced piezoelectric device voltage change and the pressures and / or the key is released, the piezoelectric component with a voltage to beaufschla ⁇ gen.
  • an output is connected to the microcontroller.
  • One method of operating a button with haptic feedback includes the steps of:
  • the registering of the voltage change to include the evaluation of a change over time of a voltage on the electrical component and / or the evaluation of a voltage gradient.
  • the method comprises one or more of the following steps in initializing a driver circuit by a microcontroller:
  • the method may be performed using at least partially the driver circuit described above.
  • the circuit component may accordingly be a piezoelectric device having a capacitance and a resonant frequency.
  • the detection can be done using a signal of constant or variable frequency to the signal port.
  • the shape of the signal, z. B. a square wave signal can be stored in the microcontroller.
  • the frequency-dependent current flow to the signal port can be determined. If the resonance frequency determined by measurement or by reading a memory value in the microcontroller, the signal port with a customized, z. B. an optimized frequency can be controlled.
  • One of the above-mentioned electrically conductive connections between different circuit components of the driver circuit can be a direct electrical connection o- an interconnection via connected in series further circuit elements such.
  • the comparator and the operational amplifier are electrically connected to the signal port. Due to the significantly differing ⁇ chen voltage levels of the operating voltages of these components, it is preferable to integrate voltage divider in the electrical Ver ⁇ connection to get different voltage levels for the different components.
  • Central aspects of the driver circuit, technical details and individual features of embodiments are shown in the schematic figures.
  • Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of the driver circuit with important circuit components of a simple embodiment.
  • Fig. 2 shows the principle of operation of a piezoelectric (stack) device.
  • Fig. 3 is an equivalent circuit diagram with additional circuit ⁇ components.
  • Fig. 4 is an equivalent circuit diagram with further Druckungskompo ⁇ components.
  • Fig. 5 shows an equivalent circuit diagram with additional circuit ⁇ elements of an advantageous embodiment of the driver circuit.
  • FIG. 6 shows a possible terminal assignment of a microcontroller.
  • Fig. 7 shows an equivalent circuit diagram with circuit components on
  • Fig. 8 is an equivalent circuit diagram with circuit components of a power supply for a 5 volt supply voltage.
  • 9 shows an equivalent circuit diagram with circuit components of a possible supply voltage for the signal port.
  • Fig. 10 is an equivalent circuit diagram of the driver circuit with
  • Fig. 11 shows an equivalent circuit diagram with additional circuit ⁇ elements of an advantageous embodiment of the driver circuit.
  • FIG. 1 shows the relative circuit arrangement of individual circuit components of the driver circuit TS in an equivalent circuit diagram.
  • the driver circuit TS has a signal port SP with a first terminal AI and a second terminal A2. Furthermore, the driver circuit TS has a comparator KOMP and an operational amplifier OPAMP.
  • the driver circuit has a first node K1 and a second node K2.
  • the comparator KOMP has a non-inverting input (+) and an inverting input (-).
  • the operational amplifier OPAMP has an inverting input (-) and a non-inverting input (+).
  • the output of the operational amplifier OPAMP is connected to the first node K1.
  • the output or the first node Kl are connected via a feedback to the non-inverting input of the operational amplifier.
  • This inverting input of the operational amplifier is connected to the first terminal AI of the signal port SP.
  • the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the second node K2. on.
  • the comparator is also connected to a signal line, through which is possible, a control loop with a half bridge ⁇ a switching regulator.
  • signal port SP By means of the interconnection of signal port SP, comparator KOMP and operational amplifier OPAMP shown in FIG. 1, it is possible with a few circuit components to detect voltage changes on the signal port and at the same time to supply the signal port with a desired voltage change.
  • the electrodes of a piezoelectric device can be connected.
  • the piezoelectric device may be connected to the surface to be actuated of a button. At the same time it is possible to determine the pressure on the button and to give a haptic feedback on the button and / or to switch an output of a microcontroller.
  • FIG. 2 illustrates the functional principle of a piezoelectric component in the form of a piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric component PB has a main body GK of a piezoelectric material. Electrode layers EL and piezoelectric material are alternately stacked on top of each other. Adjacent electrode layers are alternately connected to one of two outer electrodes El, E2. At the top of the sheet stack is a "roof" D angeord ⁇ net, comprising at least two invariable in its length Ele ⁇ elements. The angle between the elements on one hand and the top of the sheet stack on the other hand is variable.
  • the angle between the two elements themselves is When the voltage applied between the two electrodes El, E2 changes, the stack of layers changes its shape due to the piezoelectric effect. that the layer stack contracts in the horizontal direction and expands in the vertical direction. The expansion in the vertical direction causes a stroke Hl. The contraction in the horizontal direction causes a second stroke H2 by changing the orientation of the elements of the roof D.
  • the total stroke H can be of the order of a few 100 ym, z. B. 100 ym or 200 ym lie.
  • the vertical height of the piezoelectric component can just ⁇ if in the order of some 100 ym lie.
  • the piezoelectric component experiences a pressure over the roof, the component is stretched.
  • the voltage change induced by the associated stretching of the stack is a measure of the force with which the key is pressed.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram with additional scarf ⁇ processing components.
  • the driver circuit has a third node K3, a fourth node K4 and a fifth node K5. Furthermore, the driver circuit has a half-bridge HB, a first transistor Tl and a second transistor T2. Incidentally, the driver circuit has a capacitor K, a first diode Dl and a second diode D2.
  • the third node K3 serves to supply a supply voltage for the signal port SP.
  • the supply voltage can be delivered directly to the third node K3.
  • a voltage supplier for voltages in the range of a few 100 volts may be connected to the third node K3.
  • the first transistor Tl is connected with the half bridge HB, the drit ⁇ th node K3 and the first terminal AI. Of the Connection of the first transistor Tl, via which the first Tran ⁇ sistor is connected to the half-bridge HB, thereby making it possible to conductively connect the terminals of the first transistor, which is connected to the third node K3 and to the first terminal AI, respectively or separate from each other.
  • the second transistor T2 makes it possible, via the connection to the half-bridge HB, to connect or disconnect ground GND and the first terminal AI either conductively.
  • the activation is possible in such a way that electrical charge transferred to the signal port can be temporarily stored in the capacitor K, at least partially, and is thus available again for a subsequent, later activation.
  • a coupling of the half-bridge HB to a microcontroller is possible.
  • the microcontrollers troller can thereby specify a preferred voltage or a preferred voltage waveform to activate the signal ports SP, which is efficiently converted by the half bridge HB as part of the Heidelbergreg ⁇ toddlers.
  • the fourth node K4 can be a supply voltage -. B. in the amount of 12 V - provide for the half-bridge driver or be connected to a corresponding power supply.
  • the comparator KOMP is also electrically connected to the half-bridge HB.
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the driver circuit, in which the first node K1 is coupled to an A / D converter ADC.
  • the second node K2 is coupled to a D / A converter.
  • the first node K1 is connected to a microcontroller via the A / D converter ADC.
  • the second node K2 is connected to the microcontroller via the D / A converter DAC.
  • the two converters ADC, DAC serve to convert between the analog domain as shown in Figure 4 and the digital domain of the microcontroller.
  • the voltage converter SW supplies the third node K3 and thus - depending on switch positions of the transistors - the signal port SP with the required, relatively high supply voltage.
  • FIG. 5 shows the equivalent circuit diagram of a driver circuit in which additional circuit elements are present.
  • the resistors R13, R14 and R18 form a voltage divider to reduce the relatively high voltage of signal ports SP at a tension ⁇ voltage level that is compatible with an operating voltage of the operational amplifier OPAMP. Accordingly, the resistor R7 protects the non-inverting input of the comparator.
  • the resistor RIO and the resistors R21, R22 also constitute a voltage divider.
  • a transistor T4 and a transistor T3 are electrically connected to the fourth node and the fifth node, respectively.
  • the coil LI between the half-bridge HB and the signal ⁇ port is used to smooth a current or voltage signal.
  • Between the coil LI and the third transistor T3 are in Series a capacitive element and another diode ver ⁇ switched. The further diode between the kapaziti ⁇ ven element and the third transistor T3 is connected.
  • a resistor is connected between a terminal of the fourth transistor T4 and the fourth port K4.
  • an electrical resistor is connected.
  • an electrical resistor is connected between the half-bridge HB and the first transistor Tl.
  • an electrical resistance is connected.
  • the coil LI forms a low pass filter ⁇ with the capacitive elements C4, C5 and the capacitance of the piezoelectric device.
  • connections ADC_ # 1 to ADC_ # 5 are the inputs of the analog / digital converter on the microcontroller. These are connected to the first node Kl of the driver circuit and serve to read in the feedback signals on the microcontroller. It is also possible to use more or fewer analogue / digital converters. This depends on how many driver circuits are controlled by the microcontroller.
  • the A / DC signal is connected to the first node K1 of the driver circuit.
  • the digital / analog converter (DAC) of the microcontroller is used to specify the shape of the signal on the piezoelectric component.
  • This signal form is stored in the microcontroller and freely configurable.
  • This D / AC output is connected via the non-inverting amplifier (see Figure 7) to the second node K2 of the driver circuit.
  • a microcontroller contains further digital outputs. About this can z. For example, a trigger triggered by the piezoelectrical Rural component, the output are switched.
  • the microcontroller also has digital inputs. This allows external triggering for the driver circuit.
  • FIG. 6 shows a possible assignment of the connection pins of a microcontroller which can be used to control and regulate the other circuit elements of the driver circuit.
  • the terminals ADC_ # 1 and ADC_ # 3 are connected to the first and second nodes of the driver circuit, respectively.
  • Figure 7 shows circuit components at the signal output of a possible D / A converter.
  • the output of the converter has an operational amplifier with a feedback loop. With the non-inverting amplifier, the DAC signal is adjusted by the microcontroller.
  • Figure 8 shows circuit components of a potential power supply for a 5 volt voltage level, e.g. B. as a voltage supplier for the operational amplifier or the comparator.
  • FIG. 9 shows, in comparison to this, circuit components of a somewhat more elaborate voltage supplier, which is intended to supply the signal port SP with a relatively high activation voltage.
  • FIG. 10 shows a driver circuit which, in comparison with the circuit of FIG. 1, also has a resistive element R20, a resistive element R26 and a capacitive element C13.
  • the resistive element R20 is between the
  • the resistive element R26 is in series with the capacitive element C13 interconnected.
  • the series connection of R26 and C13 is connected in parallel with the resistive element and between the inverting input of the comparator and the inverting input of the operational amplifier.
  • FIG. 11 shows a variation of FIG
  • the driver circuit, the key and the method for operating a key are not limited to the technical features and embodiments shown.
  • the driver circuit may include additional electrically conductive connections and additional circuit components.
  • the driver circuit may include additional data channels by the microcontroller to the half-bridge in order to provide more degrees of freedom in ⁇ For men the time dependence of the voltage signal, which is to be transmitted to the signal port is available.

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Abstract

Es wird eine Treiberschaltung für eine Taste mit haptischer Rückmeldung angegeben. Die Treiberschaltung hat einen Signalport, einen Komparator und einen Operationsverstärker.

Description

Beschreibung
Treiberschaltung zur Auswertung und Ansteuerung eines piezoelektrischen Bauelements, Taste mit haptischer Rückmeldung und Betriebs erfahren
Die Erfindung betrifft Treiberschaltungen zur Auswertung und Ansteuerung eines piezoelektrischen Bauelements. Das piezoelektrische Bauelement kann, mit einer Taste verbunden oder als Teil einer Taste, eine haptische Rückmeldung für einen Benutzer liefern. Ferner betrifft die Anmeldung eine solche Taste und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Taste mit haptischer Rückmeldung.
Tasten mit kleinem Hub unterstützen den Trend zur Miniaturisierung. Je kleiner der Hub einer Taste ist, umso geringer ist der Betrag der Taste zur Bauhöhe beziehungsweise Dicke eines elektrischen Geräts, in dem die Taste verbaut ist.
Mit kleiner werdendem Hub verändert sich auch der haptische Eindruck beim Betätigen der Taste. Um einem Benutzer einen gewohnten Eindruck beim Betätigen einer Taste zu vermitteln, ist es möglich, die Taste mit einem Aktuator zu versehen, der mechanisch mit der Tastenoberfläche verbunden ist und eine Bewegung der Tastenoberfläche bewirkt. Dadurch ist es auch möglich, dem Benutzer aufzuzeigen, dass ein Betätigen der Taste, z. B. auf einer relativ glatten, sich homogen anfühlenden Oberfläche, überhaupt stattgefunden hat.
Schaltungen, die dafür vorgesehen sind, auf eine Eingabe eines Benutzers zu reagieren, sind beispielsweise aus der US 8, 605, 053 B2 bekannt. Sensorschaltungen mit einem piezoelektrischen Bauelement sind aus der EP 3,018,824 AI bekannt.
Aus der EP 3,065,029 AI und aus der EP 2,600,224 AI sowie aus der EP 2,472,365 Bl sind ebenfalls elektrische Schaltungen mit piezoelektrischen Elementen bekannt.
Gewünscht sind Tasten mit haptischer Rückmeldung, die zusätzliche Informationen vermitteln können, einen geringeren Energieverbrauch haben und weniger anfällig für Defekte sind. Dafür notwendig sind neue Schaltungen zum Auslösen der Aktivie- rungszustände und zum Ansteuern solcher Schalter sowie Verfahren zum Ansteuern der mechanischen Elemente der Schalter.
Dazu sind in den unabhängigen Ansprüchen eine Treiberschaltung zum Ansteuern, eine Taste bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Taste angegeben. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Die Treiberschaltung umfasst einen Signalport mit einem ers¬ ten Anschluss und einem zweiten Anschluss. Die Schaltung hat ferner einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten. Außerdem weist die Treiberschaltung einen Komparator mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem Ausgang auf. Ferner hat die Treiberschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem Ausgang. Der erste Anschluss ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden. Der zweite Anschluss ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Komparators elektrisch leitend verbunden. Der invertierende Eingang des Komparators ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden. Der erste Knoten ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbun¬ den. Der invertierende Eingang des Komparators ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden. Der zweite Knoten ist mit dem nicht-inver- tierenden Eingang des Operationsverstärkers elektrisch lei¬ tend verbunden.
Der Signalport ist dabei dazu vorgesehen, mit einem piezoe¬ lektrischen Bauelement elektrisch leitend verbunden zu werden. Dazu kann der erste Anschluss des Signalports mit einer ersten Elektrode des piezoelektrischen Bauelements verbunden sein. Der zweite Anschluss des Signalports kann mit einer zweiten Elektrode des piezoelektrischen Bauelements verbunden sein .
Das piezoelektrische Bauelement kann einen gestapelten Aufbau mit einem Grundkörper aus einem piezoelektrischen Material und strukturierten Elektrodenflächen in Metallisierungslagen aufweisen. Dabei sind jeweils Lagen des piezoelektrischen Materials und Lagen der Elektrodenflächen abwechselnd angeord¬ net. Die Elektrodenflächen sind dabei mit jeweils einer von zwei Außenelektroden elektrisch leitend verbunden. An seiner Oberseite und/oder Unterseite kann der Stapel ein „Dach" auf¬ weisen. Je nach elektrischer Spannung, die an den Außenelektroden des piezoelektrischen Bauelements angeordnet sind, hat der Lagenstapel eine unterschiedliche Höhe und eine unter¬ schiedliche Breite. Das heißt, bei einer Variation der anlie¬ genden Spannung wird eine Längenänderung induziert, die durch das Dach mit einer Hebelkonstruktion verstärkt wird.
Erfährt das piezoelektrische Bauelement entlang der Stapel¬ richtung einen Druck (durch einen Druck auf die Taste, an deren Innenseite der Lagenstapel befestigt ist) , so ist die durch eine zugehörige Längenänderung des Lagenstapels indu¬ zierte Spannungsänderung an den Elektroden ein Maß für die Kraft, mit der auf die Taste gedrückt wird. Erfährt das pie¬ zoelektrische Bauelement über das Dach einen Druck, wird das Bauelement gedehnt. Die durch die zugehörige Dehnung des Sta¬ pels induzierte Spannungsänderung ist ein Maß für die Kraft, mit der auf die Taste gedrückt wird.
Der Hub beim aktiven oder passiven Betätigen der Taste kann dabei in der Größenordnung von einigen wenigen 100 ym, z. B. höchstens einigen wenigen 100 μιτι, liegen und ist für einen Tastenhub damit relativ gering.
Die induzierte Spannungsänderung, die ein Maß für die auf die Taste wirkende Kraft ist, kann ausgelesen werden. Als Reaktion darauf kann wiederum ein Spannungsimpuls oder ein Spannungssignal an das piezoelektrische Element ausgegeben wer¬ den, um eine mechanische Bewegung der Taste zu bewirken.
Durch eine derartige haptische Rückkopplung erfährt der Be¬ nutzer, dass er die Taste erfolgreich betätigt hat.
Die oben angegebene Treiberschaltung hat den Vorteil, dass sie zum einen mit relativ wenigen Schaltungskomponenten auskommt. Gleichzeitig ermöglicht die angegebene Treiberschal¬ tung ein Auslesen des auf die Taste wirkenden Drucks und eine treiberseitige Aktivierung des piezoelektrischen Bauelements, um ein haptisches Feedback zu bewirken. Die am piezoelektrischen Bauelement anliegende Spannungsänderung kann damit gleichzeitig sowohl ausgelesen als auch gesteuert oder gere¬ gelt werden.
Durch die relativ geringe Anzahl an Schaltungskomponenten, die in der Treiberschaltung verschaltet sein können, ist das Risiko eines Ausfalls der Treiberschaltung reduziert. Die Le¬ bensdauer der Treiberschaltung ist somit erhöht.
Im Übrigen ermöglicht es die Treiberschaltung, elektrische Energie, die zum Aktivieren des piezoelektrischen Bauelements bereitgestellt wurde, wieder zu verwerten. Der Energieverbrauch ist dadurch verglichen mit Schaltungen, die bisher bekannt sind und z. B. auf Treiberendstufen mit Linearreglern passieren, verringert.
Die Treiberschaltung ermöglicht es, das piezoelektrische Bau¬ element hinsichtlich einer Signalform, d. h. dem zeitlichen Verlauf der Spannung, die an das Bauelement übermittelt wird, und hinsichtlich der Höhe der Ausgangsspannung an das Bauelement so anzusteuern beziehungsweise zu regeln, dass das Bau¬ element zuverlässig ein Feedbacksignal gibt, sobald vom pie¬ zoelektrischen Bauelement durch Druck eine Ausgangsspannung erzeugt wird. Die Signalform ist unter Einhaltung bestimmter Flankenzeiten frei konfigurierbar.
Ein beim Drücken oder beim Loslassen des piezoelektrischen Bauelements generiertes Spannungssignal oder eine Spannungs¬ änderung wird dem Operationsverstärker zugeführt und durch ihn entsprechend aufbereitet, damit das Signal, z. B. von ei¬ nem MikroController, ausgewertet werden kann.
Ferner bereitet der Operationsverstärker eine Signalvorgabe (Soll-Vorgabe) eines Mikrocontrollers so auf, dass es dem Komparator zugeführt werden kann.
Für Signale vom Operationsverstärker zu einem MikroController kann der Operationsverstärker über einen Analog/Digital- Wandler (ADC: Analog/Digital Converter) verbunden sein. Für Signale vom MikroController zum Operationsverstärker kann der MikroController bzw. ein Ausgang des MikroControllers über einen Digital/Analog-Wandler (DAC: Digital/Analog Converter) verbunden sein.
Ein elektrisches Signal, z. B. ein Stromsignal, kann am pie¬ zoelektrischen Bauelement, z. B. über einen niederohmigen Widerstand, gemessen und dem Komparator zugeführt werden. Dieses Signal wird mit dem Signalausgang des Operationsverstärkers verglichen. Wird der Bauteilstrom zum piezoelektrischen Bauelement und somit die Spannung am piezoelektrischen Bauelement unterschritten, wird über den Komparator, der ein weiteres Schaltungselement, z. B. eine Halbbrücke ansteuern kann, gegengesteuert. Die Halbbrücke kann dabei weitere
Schaltungselemente, z. B. Transistoren, ansteuern. So ist es möglich, die am piezoelektrischen Bauelement anliegende Spannung zu erhöhen, wenn sie bezüglich eines Sollwerts zu gering ist. Umgekehrt kann die Spannung reduziert werden, wenn sie bezüglich eines aktuell eingestellten Vergleichswerts zu ge¬ ring ist.
Der Operationsverstärker kann dazu eine Feedbackschleife auf¬ weisen .
Es ist möglich, dass ein Signal am piezoelektrischen Bauelement ausgegeben wird, wenn ein Tastendruck detektiert wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann Druck auf das piezoelektrische Bauelement auch einen freien Ausgang am Mikrocon- troller schalten.
Es ist somit möglich, dass die Treiberschaltung zusätzlich eine Halbbrücke umfasst. Außerdem kann die Treiberschaltung einen dritten Knoten, einen vierten Knoten und einen fünften Knoten aufweisen. Außerdem ist es möglich, dass die Treiberschaltung einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor, eine erste Diode und eine zweite Diode und einen Konden¬ sator aufweist. Die Halbbrücke ist mit dem ersten Anschluss, mit dem ersten Transistor, mit dem zweiten Transistor und mit dem Ausgang des Komparators sowie mit dem vierten Knoten und mit dem fünften Knoten elektrisch leitend verbunden. Die erste Diode ist mit dem ersten Anschluss und dem Kondensator elektrisch leitend verbunden. Die zweite Diode ist elektrisch leitend mit dem ersten Anschluss verbunden. Der erste Transistor ist mit dem ersten Anschluss und dem dritten Knoten elektrisch leitend verbunden. Der zweite Transistor ist mit dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss elektrisch leitend verbunden.
Der dritte Knoten kann einen Versorgungsanschluss der Trei¬ berschaltung darstellen oder mit einer Versorgungsschaltung für die Treiberschaltung elektrisch leitend verbunden sein. Der Kondensator dient zum Zwischenspeichern elektrischer Energie. Der erste Transistor und der zweite Transistor bzw. die erste Diode und die zweite Diode dienen zum Ansteuern des Signalports, an den das piezoelektrische Bauelement ange¬ schlossen sein kann. Wird der Bauteilstrom des piezoelektrischen Bauelements und somit die Spannung am piezoelektrischen Bauelement unterschritten, wird über den Komparator die Halbbrücke angesteuert, die wiederum den ersten Transistor und den zweiten Transistor ansteuert. Ist der erste Transistor geschlossen und der zweite Transistor offen, dann wird Spannung zugeführt, wenn die Spannung am piezoelektrischen Bauelement zu gering ist. Ist der erste Transistor offen und der zweite Transistor geschlossen, dann wird der Signalport mit elektrischer Leistung versorgt, z. B. wenn die Spannung am Signalport nicht zu niedrig ist. Die Energieversorgung an den Signalport SP kann über eine Spule geleitet werden, um Strom bzw. Spannungsverläufe zu glätten.
Die Spule kann dabei zwischen der Halbbrücke und dem ersten Anschluss des Signalports in Serie verschaltet sein.
Das Miteinbeziehen der Halbbrücke realisiert einen Schaltreg¬ ler, der vom Komparator angesteuert wird und über den das piezoelektrische Bauelement bzw. der Signalport mit einer ge¬ wünschten Spannung versorgt wird. Der Schaltregler stellt auch sicher, dass beim Entladen des piezoelektrischen Bauelements, also bei einer sinkenden, am Signalport anliegenden Spannung (fallende Flanke) die Energie dem Kondensator zuge¬ führt wird. Diese Energie wird beim nächsten Ladezyklus des piezoelektrischen Bauelements (steigende Flanke: zunehmende Spannung am Signalport) wieder entnommen.
Es ist möglich, dass die Treiberschaltung zusätzlich einen MikroController, einen A/D-Wandler, einen D/A-Wandler, einen Spannungswandler und das piezoelektrische Bauelement umfasst. Der erste Knoten ist über den A/D-Wandler mit dem Mikrocon- troller elektrisch leitend verbunden. Der zweite Knoten ist über den D/A-Wandler mit dem MikroController elektrisch leitend verbunden. Der vierte Knoten ist elektrisch leitend mit dem MikroController verbunden. Der fünfte Knoten ist
elektrisch leitend mit dem MikroController verbunden. Der dritte Knoten ist über den Spannungswandler elektrisch leitend mit einem Versorgungsanschluss verbunden. Der Signalport ist mit dem piezoelektrischen Bauelement elektrisch leitend verbunden .
Eine Aufgabe des Operationsverstärkers liegt darin, eine Sig¬ nalvorgabe (Sollvorgabe) vom MikroController, bereitgestellt über den D/A-Wandler, so aufzubereiten, dass das Signal dem Komparator, welcher die Halbbrücke des Schaltreglers regelt, zugeführt werden kann. Das Signal vom D/A-Wandler gibt die Signalform für das Ausgangssignal an den Signalport vor.
Gleichzeitig wird die Spannung am Signalport gemessen und über einen hochohmigen Widerstandsteiler dem Operationsverstärker zugeführt. Damit wird in einer Rückkoppelschleife die Signalvorgabe mit der tatsächlichen Spannung am Signalport verglichen und gegebenenfalls korrigiert.
Es ist möglich, dass das piezoelektrische Bauelement ein Teil eines Schalters mit haptischer Rückmeldung ist. Dabei kann ein Tastendruck durch Auswertung einer am piezoelektrischen Bauelement anliegenden Spannung registriert werden. Die hap- tische Rückmeldung kann durch Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Bauelement erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können ein oder mehrere Ausgänge des Mikro- controllers geschalten werden.
Entsprechend ist es möglich, dass die Treiberschaltung zu¬ sätzlich einen Spannungsteiler zwischen dem Signalport und dem Komparator und/oder einen Spannungsteiler zwischen dem Signalport und dem Operationsverstärker hat.
Aktivierungsspannungen für piezoelektrische Bauelemente in Form von piezoelektrischen Aktoren können in der Größenordnung um höchstens einige wenige 100 Volt, z. B. 100 Volt, liegen. Derartige Spannungen würden elektrische Bauelemente wie Komparatoren, Operationsverstärker, Halbbrücken und Transistoren möglicherweise zerstören. Spannungsteiler, z. B. in Form hochohmiger Widerstandsteiler, zwischen dem Signalport und den empfindlichen Bauelementen reduzieren das Spannungsniveau für die empfindlichen Bauelemente. Während das Signal vom D/A-Wandler die Signalform für das Ausgangssignal am Signalport vorgibt, wird die Spannung am Signalport gemessen und deshalb über den hochohmigen Widerstandsteiler dem Operationsverstärker in einer Rückkoppelschleife zugeführt. Damit stellt der Widerstandsteiler sicher, dass die Spannung am Operationsverstärker und in weiterer Folge am MikroController auf ein sicheres Niveau, z. B. von 5 Volt oder weniger, redu¬ ziert wird, um den Niederspannungsteil der Schaltung zu schützen .
Die Schaltung kann einen niederohmigen Widerstand am Signalport aufweisen. Über den niederohmigen Widerstand wird das Stromsignal am Signalport gemessen und dem Komparator zuge¬ führt .
Der Vorteil einer solchen Treiberschaltung liegt darin, dass die Ansteuerung des Signalports mittels eines Schaltreglers realisiert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass nur die mo¬ mentan benötigte Energie an den Signalport während der stei¬ genden Flanke zugeführt wird. Beim Entladen des am Signalport angeschlossenen Bauelements (fallende Flanke) werden die Transistoren des Schaltreglers so geschalten, dass die Lade¬ energie einem Kondensator zugeführt wird und beim nächsten Ladezyklus wieder zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu konventionellen Schaltungskonzepten wird überschüssige Energie nicht mehr dissipiert. Der Wirkungsgrad der Treiberschaltung ist verbessert und die Komponenten der Treiberschaltung müssen nicht für höhere Ströme und elektrische Leistungen ausge¬ legt werden. Im Übrigen wird beim Entladen die elektrische Ladung nicht gegen Masse abgeleitet, um steile Flanken zu re¬ alisieren. Somit wird die Entladeflanke geregelt. Ein Kurz¬ schließen des Signalports wird verhindert, um zu besserer elektromagnetischer Verträglichkeit zu gelangen. Es ist somit möglich, dass eine Spannung am Signalport durch eine Schaltregelung einstellbar ist. Die von der Schaltregelung einzustellende Spannung kann dabei ein Signal mit zeit¬ lich variierender Amplitude sein. Sowohl beim Betätigen des Schalters als auch beim Loslassen des Schalters können somit beliebige Bewegungsmuster, z. B. Vibrationsmuster, durch das piezoelektrische Bauelement erzeugt werden. Die Signalform kann dabei im Mikrocontroller hinterlegt sein.
Es ist entsprechend möglich, dass der Komparator durch einen Operationsverstärker ohne Rückkopplung realisiert ist. Solche Komparatoren sind mit relativ wenig konstruktivem Aufwand herstellbar und genügen den Ansprüchen an die Treiberschaltung .
Es ist möglich, dass der Komparator mit einstellbarer Hysterese realisiert ist.
Es ist möglich, dass die Spannungsversorgung zumindest eines Operationsverstärkers mit einem Längsregler realisiert ist. Auch der Mikrocontroller und der Komparator können durch die Spannungsversorgung mit dem Längsregler oder eine zusätzliche Spannungsversorgung mit einem zusätzlichen Längsregler realisiert sein. Längsregler sorgen prinzipiell für eine gute Glätte des Signals.
Zur Generierung der Versorgungsspannung des Signalports kann ein so genannter „Step up" Converter oder eine Ladungspumpe verwendet werden. Die Versorgungsspannung für die gesamte Treiberschaltung kann 12 Volt betragen und z. B. aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Die Versorgungsspannung generiert dabei das Spannungslevel von 100 Volt oder mehr für den Signalport. Es ist möglich, dass die Treiberschaltung einen hochohmigen Spannungsteiler umfasst, über den die am Signalport anlie¬ gende Spannung dem Operationsverstärker zugeführt wird.
Es ist möglich, dass der Signalport über einen Schaltregler vom Komparator angesteuert und mit einer vorgegebenen Spannung versorgt wird, wobei die vorgegebene Spannung in einem MikroController hinterlegt ist.
Es ist möglich, dass die Treiberschaltung eine Spule umfasst, die mit dem ersten Anschluss elektrisch leitend verbunden ist und die das elektrische Signal an den Signalport glättet.
Es ist möglich, dass der Signalport durch Triggern von einem oder mehreren digitalen Eingängen eines Mikrocontrollers aktivierbar ist.
Es ist dabei möglich, dass das Triggern durch einen
Touchsensor auslösbar ist.
Der Touchsensor kann dabei ein Teil der Treiberschaltung sein. Der Touchsensor kann dabei auch Teil einer externen Schaltungsumgebung, mit der die Treiberschaltung elektrisch leitend verbunden ist, sein.
Es ist möglich, dass die Treiberschaltung ein resistives Element, das zwischen dem invertierenden Eingang des
Komparators und dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers verschaltet ist, umfasst. Ferner kann die Treiberschaltung eine Serienverschaltung mit einem resistiven Element und einem kapazitiven Element umfassen. Diese Serienverschaltung kann parallel zum resistiven Element und damit ebenfalls zwischen dem invertierenden Eingang des Komparators und dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers verschaltet sein. Dabei ist es möglich, dass das kapazitive Element zwischen dem Komparator und dem resistiven Element der Serienverschaltung verschaltet ist.
Das resisitve Element der Serienverschaltung kann einen
Widerstand von 80 kQ bis 160 kQ, z. B. 120 kQ, haben. Das resisitve Element, das parallel zur Serienverschaltung verschaltet ist, kann einen Widerstand von 180 kQ bis 260 kQ, z. B. 220 kQ, haben. Das kapazitive Element der
Serienverschaltung kann eine Kapazität von 5nF bis 15 nF, z. B. 10 nF, haben.
Das Bereitstellen der Serienverschaltung bzw. das
Bereitstellen der Parallelschaltung aus dem resistiven
Element und der Serienschaltung verbessert das Regelverhalten und damit die Signalqualität des Signals, das am Signalport SP bereitgestellt werden kann.
Zwischen dem invertierenden Eingang des Komparators und der Serienverschaltung kann ein weiteres resistives Element, z. B. mit einem Widerstand von 3 kQ, verschaltet sein.
Eine Taste mit haptischer Rückmeldung umfasst ein piezoelekt¬ risches Bauelement und eine Treiberschaltung. Die Treiber¬ schaltung kann z. B. wie oben angegeben ausgestaltet sein. Die Treiberschaltung ist dazu vorgesehen, eine vom piezoelektrischen Bauelement induzierte Spannungsänderung zu registrieren und beim Drücken und/oder Loslassen der Taste das piezoelektrische Bauelement mit einer Spannung zu beaufschla¬ gen . Zusätzlich ist es möglich, dass beim Drucken und/oder Loslassen der Taste bzw. des piezoelektrischen Bauelements ein Ausgang am MikroController geschaltet wird.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Taste mit haptischer Rückmeldung umfasst die Schritte:
- Registrieren einer von einem piezoelektrischen Bauelement induzierten Spannungsänderung,
- Aktivieren des piezoelektrischen Bauelements durch Beaufschlagen mit einer Spannung, wenn die vom piezoelektrischen Bauelement induzierte Spannung steigt oder fällt.
Zusätzlich oder alternativ zum Aktivieren ist es möglich, dass ein Ausgang eines MikroControllers beim Registrieren ei¬ ner Spannungsänderung am piezoelektrischen Bauelement geschalten wird.
Es ist bei dem Verfahren möglich, dass ein Teil der Energie beim Aktivieren des piezoelektrischen Bauelements zurückgewonnen wird.
Es ist möglich, dass das Registrieren der Spannungsänderung das Auswerten einer zeitlichen Änderung einer Spannung am elektrischen Bauelement und/oder das Auswerten eines Spannungsgradienten umfasst.
Es ist möglich, dass das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte beim Initialisieren einer Treiberschaltung durch einen MikroController umfasst:
Festgestellen,
- ob ein Bauteil an einem Signalport angeschlossen ist, - wie groß die Kapazität einer an einem Signalport ange¬ schlossenen Schaltungskomponente ist, und/oder
- wie hoch die Resonanzfrequenz einer an einem Signalport angeschlossenen Schaltungskomponente ist.
Dementsprechend kann das Verfahren unter zumindest teilweiser Verwendung der oben beschriebenen Treiberschaltung durchgeführt werden. Die Schaltungskomponente kann entsprechend ein piezoelektrisches Bauelement mit einer Kapazität und einer Resonanzfrequenz sein.
Das Feststellen kann unter Verwendung eines Signals konstanter oder variabler Frequenz an den Signalport erfolgen. Die Form des Signals, z. B. ein Rechtecksignal, kann im Mikrocon- troller hinterlegt sein. Um die Resonanzfrequenz zu bestimmen, kann der frequenzabhängige Stromfluss zum Signalport be¬ stimmt werden. Ist die Resonanzfrequenz durch Messung oder durch Auslesen eines Speicherwerts im MikroController bestimmt, kann der Signalport mit einer angepassten, z. B. einer optimierten, Frequenz angesteuert werden.
Eine der oben genannten elektrisch leitenden Verbindungen zwischen unterschiedlichen Schaltungskomponenten der Treiberschaltung kann dabei eine direkte elektrische Verschaltung o- der eine Verschaltung über in Serie verschalteten weiteren Schaltungselementen wie z. B. Kondensatoren, Spulen oder Ohm' sehe Widerstände sein. So sind beispielsweise der Kompa- rator und der Operationsverstärker elektrisch leitend mit dem Signalport verschaltet. Aufgrund der deutlich unterschiedli¬ chen Spannungsniveaus der Betriebsspannungen dieser Komponenten ist es bevorzugt, Spannungsteiler in die elektrische Ver¬ bindung zu integrieren, um unterschiedliche Spannungsniveaus für die unterschiedlichen Bauelemente zu erhalten. Zentrale Aspekte der Treiberschaltung, technische Details und einzelne Merkmale von Ausführungsbeispielen sind in den schematischen Figuren gezeigt.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild der Treiberschaltung mit wichtigen Schaltungskomponenten einer einfachen Ausführungsform.
Fig. 2 das Funktionsprinzip eines piezoelektrischen (Stapel-) Bauelements.
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild mit zusätzlichen Schaltungs¬ komponenten .
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild mit weiteren Schaltungskompo¬ nenten .
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild mit zusätzlichen Schaltungs¬ elementen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Treiberschaltung .
Fig. 6 eine mögliche Anschlussbelegung eines Mikrocontrol- lers .
Fig. 7 ein Ersatzschaltbild mit Schaltungskomponenten am
Ausgang eines D/A-Wandlers .
Fig. 8 ein Ersatzschaltbild mit Schaltungskomponenten einer Spannungsversorgung für eine 5 Volt-Versorgungsspannung . Fig. 9 ein Ersatzschaltbild mit Schaltungskomponenten einer möglichen Versorgungsspannung für den Signalport .
Fig. 10 ein Ersatzschaltbild der Treiberschaltung mit
weiteren Schaltungskomponenten.
Fig. 11 ein Ersatzschaltbild mit zusätzlichen Schaltungs¬ elementen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Treiberschaltung .
Figur 1 zeigt die relative Schaltungsanordnung einzelner Schaltungskomponenten der Treiberschaltung TS in einem Ersatzschaltbild. Die Treiberschaltung TS hat einen Signalport SP mit einem ersten Anschluss AI und einem zweiten Anschluss A2. Ferner hat die Treiberschaltung TS einen Komparator KOMP und einen Operationsverstärker OPAMP. Im Übrigen hat die Treiberschaltung einen ersten Knoten Kl und einen zweiten Knoten K2. Der Komparator KOMP hat einen nicht invertierenden Eingang (+) und einen invertieren Eingang (-) . Der Operationsverstärker OPAMP hat einen invertierenden Eingang (-) und einen nicht-invertierenden Eingang (+) . Der Ausgang des Operationsverstärkers OPAMP ist mit dem ersten Knoten Kl verschaltet. Der Ausgang bzw. der erste Knoten Kl sind über eine Rückkopplung mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verschaltet. Dieser invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem ersten Anschluss AI des Signalports SP verschaltet. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem zweiten Knoten K2 ver- schaltet. Der Komparator ist zusätzlich mit einer Signalleitung verschaltet, über die eine Regelschleife mit einer Halb¬ brücke eines Schaltreglers möglich ist.
Über die in Figur 1 gezeigte Verschaltung aus Signalport SP, Komparator KOMP und Operationsverstärker OPAMP ist es mit wenigen Schaltungskomponenten möglich, Spannungsänderungen am Signalport zu detektieren und gleichzeitig den Signalport mit einer gewünschten Spannungsänderung zu versorgen. Am Signalport SP können die Elektroden eines piezoelektrischen Bauelements angeschlossen sein. Das piezoelektrische Bauelement kann mit der zu betätigenden Fläche einer Taste verbunden sein. Damit ist es gleichzeitig möglich, den Druck auf die Taste zu bestimmen und ein haptisches Feedback auf die Taste zu geben und/oder einen Ausgang eines MikroControllers zu schalten .
Figur 2 illustriert das Funktionsprinzip eines piezoelektrischen Bauelements in Form eines piezoelektrischen Aktuators . Das piezoelektrische Bauelement PB hat einen Grundkörper GK aus einem piezoelektrischen Material. Abwechselnd übereinander geschichtet sind Elektrodenlagen EL und piezoelektrisches Material. Benachbarten Elektrodenlagen sind jeweils abwechselnd mit einer von zwei äußeren Elektroden El, E2 verbunden. An der Oberseite des Lagenstapels ist ein „Dach" D angeord¬ net, das zumindest zwei in ihrer Länge unveränderlichen Ele¬ mente aufweist. Der Winkel zwischen den Elementen einerseits und der Oberseite des Lagenstapels andererseits ist variabel. Der Winkel zwischen den beiden Elementen selbst ist auch variabel. Beim Verändern der zwischen den beiden Elektroden El, E2 anliegenden Spannung verändert der Lagenstapel aufgrund des piezoelektrischen Effekts seine Form. So ist es möglich, dass sich der Lagenstapel in horizontaler Richtung zusammenzieht und in vertikaler Richtung ausdehnt. Das Ausdehnen in vertikaler Richtung bewirkt einen Hub Hl. Das Zusammenziehen in horizontaler Richtung bewirkt über eine Veränderung der Ausrichtung der Elemente des Dachs D einen zweiten Hub H2. Der Gesamthub H des piezoelektrischen Bauelements PB setzt sich aus diesen zwei Komponenten zusammen: H=H1+H2.
Der Gesamthub H kann dabei in der Größenordnung von einigen wenigen 100 ym, z. B. 100 ym oder 200 ym liegen. Die vertikale Höhe des piezoelektrischen Bauelements kann dabei eben¬ falls in der Größenordnung einiger 100 ym liegen.
Erfährt das piezoelektrische Bauelement über das Dach einen Druck, wird das Bauelement gedehnt. Die durch die zugehörige Dehnung des Stapels induzierte Spannungsänderung ist ein Maß für die Kraft, mit der auf die Taste gedrückt wird.
Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild mit zusätzlichen Schal¬ tungskomponenten. Die Treiberschaltung hat einen dritten Knoten K3, einen vierten Knoten K4 und einen fünften Knoten K5. Ferner hat die Treiberschaltung eine Halbbrücke HB, einen ersten Transistor Tl und einen zweiten Transistor T2. Im Übrigen hat die Treiberschaltung einen Kondensator K, eine erste Diode Dl und eine zweite Diode D2.
Der dritte Knoten K3 dient dazu, eine Versorgungsspannung für den Signalport SP einzuspeisen. Die Versorgungsspannung kann dabei direkt an den dritten Knoten K3 abgegeben werden. Dazu kann am dritten Knoten K3 ein Spannungsversorger für Spannungen im Bereich einiger weniger 100 Volt angeschlossen sein. Der erste Transistor Tl ist mit der Halbbrücke HB, dem drit¬ ten Knoten K3 und dem ersten Anschluss AI verschaltet. Der Anschluss des ersten Transistors Tl, über den der erste Tran¬ sistor mit der Halbbrücke HB verschaltet ist, ermöglicht es dabei, die Anschlüsse des ersten Transistors, die mit dem dritten Knoten K3 bzw. mit dem ersten Anschluss AI verschaltet ist, entweder leitend zu verbinden oder voneinander zu trennen. Analog ermöglicht es der zweite Transistor T2 über die Verbindung zur Halbbrücke HB, Masse GND und den ersten Anschluss AI entweder leitend miteinander zu verbinden oder zu trennen. Die erste Diode Dl zwischen dem ersten Anschluss AI und dem Kondensator K und die zweite Diode D2 zwischen dem ersten Anschluss AI und Masse ermöglichen zusammen mit den beiden Transistoren Tl, T2, die von der Halbbrücke HB gesteuert werden, das Aktivieren eines am Signalport SP angeschlos¬ senen Bauelements. Das Aktivieren ist derart möglich, dass zum Signalport übertragene elektrische Ladung zumindest teil¬ weise im Kondensator K zwischengespeichert werden kann und dadurch für eine anschließende, spätere Aktivierung wieder zur Verfügung steht.
Über den vierten Knoten K4 und den fünften Knoten K5 und über gegebenenfalls weiter vorhandene, zusätzliche Knoten, die mit der Halbbrücke HB verschaltet sind, ist eine Kopplung der Halbbrücke HB an einen MikroController möglich. Der Mikrocon- troller kann dabei eine bevorzugte Spannung oder einen bevorzugten Spannungsverlauf zum Aktivieren des Signalports SP vorgeben, was von der Halbbrücke HB als Teil des Schaltreg¬ lers effizient umgesetzt wird.
Der vierte Knoten K4 kann dabei eine Versorgungsspannung - z. B. in Höhe von 12 V - für den Halbbrückentreiber bereitstellen oder mit einer entsprechenden Spannungsversorgung verschaltet sein. Der Komparator KOMP ist ebenfalls mit der Halbbrücke HB elektrisch leitend verbunden.
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Treiberschaltung, bei der der erste Knoten Kl an einen A/D-Wandler ADC gekoppelt ist. Der zweite Knoten K2 ist an einen D/A-Wandler gekoppelt. Über den A/D-Wandler ADC ist der erste Knoten Kl mit einem MikroController verbunden. Über den D/A-Wandler DAC ist der zweite Knoten K2 mit dem MikroController verbunden. Die beiden Wandler ADC, DAC dienen dabei dazu, zwischen der analogen Domäne wie in Figur 4 gezeigt und der digitalen Domäne des MikroControllers zu wandeln.
Der Spannungswandler SW versorgt den dritten Knoten K3 und damit - je nach Schalterstellungen der Transistoren - den Signalport SP mit der dafür benötigten, relativ hohen Versorgungsspannung .
Figur 5 zeigt das Ersatzschaltbild einer Treiberschaltung, bei der zusätzliche Schaltungselemente vorhanden sind. Die Widerstände R13, R14 und R18 bilden einen Spannungsteiler, um die relativ hohe Spannung des Signalports SP auf ein Span¬ nungsniveau, das mit einer Arbeitsspannung des Operationsverstärkers OPAMP kompatibel ist, zu verringern. Entsprechend schützt der Widerstand R7 den nicht-invertierenden Eingang des Komparators . Der Widerstand RIO und die Widerstände R21, R22 stellen ebenso einen Spannungsteiler dar.
Ein Transistor T4 und ein Transistor T3 sind elektrisch leitend mit dem vierten Knoten bzw. dem fünften Knoten verbunden. Die Spule LI zwischen der Halbbrücke HB und dem Signal¬ port dient zur Glättung eines Strom- oder Spannungssignals. Zwischen der Spule LI und dem dritten Transistor T3 sind in Serie ein kapazitives Element und eine weitere Diode ver¬ schaltet. Dabei ist die weitere Diode zwischen dem kapaziti¬ ven Element und dem dritten Transistor T3 verschaltet. Zwischen einem Anschluss des vierten Transistors T4 und dem vierten Port K4 ist ein Widerstand verschaltet. Zwischen der Halbbrücke HB und dem ersten Transistor Tl ist ein elektrischer Widerstand verschaltet. Auch zwischen dem zweiten Transistor T2 und der Halbbrücke ist ein elektrischer Widerstand verschaltet .
Die Spule LI bildet mit den kapazitiven Elementen C4, C5 und der Kapazität des piezoelektrischen Bauelements einen Tief¬ passfilter .
Die Anschlüsse ADC_#1 bis ADC_#5 sind die Eingänge des Ana- log/Digital-Wandlers am MikroController. Diese sind mit dem ersten Knoten Kl der Treiberschaltung verschaltet und dienen dazu, die Feedbacksignale am MikroController einzulesen. Es können auch mehr oder weniger Analog/Digital-Wandler verwendet werden. Dies hängt davon ab, wie viele Treiberschaltungen vom MikroController angesteuert werden. Das A/DC Signal ist mit dem ersten Knoten Kl der Treiberschaltung verbunden.
Der Digital/Analog-Wandler (DAC) des MikroControllers dient dazu, die Form des Signals am piezoelektrischen Bauelement vorzugeben. Diese Signalform ist im MikroController hinterlegt und frei konfigurierbar. Dieser D/AC-Ausgang ist über den nicht invertierenden Verstärker (vgl. Figur 7) mit dem zweiten Knoten K2 der Treiberschaltung verbunden. A Mikrocon- troller befinden sich weitere digitale Ausgänge. Über diese kann z. B. bei einem Trigger, ausgelöst durch das piezoelekt- rische Bauelement, der Ausgang geschaltet werden. Die Mikro- controller hat auch digitale Eingänge. Damit kann für die Treiberschaltung extern getriggert werden.
Figur 6 zeigt eine mögliche Belegung der Anschlusspins eines MikroControllers, der zur Steuerung und Regelung der übrigen Schaltungselemente der Treiberschaltung Verwendung finden kann. Die Anschlüsse ADC_#1 und ADC_#3 sind mit dem ersten bzw. zweiten Knoten der Treiberschaltung verschaltet.
Figur 7 zeigt Schaltungskomponenten am Signalausgang eines möglichen D/A-Wandlers . Der Ausgang des Wandlers hat einen Operationsverstärker mit einer Feedbackschleife. Mit dem nicht invertierenden Verstärker wird das DAC-Signal vom Mik- rocontroller angepasst.
Figur 8 zeigt Schaltungskomponenten einer möglichen Spannungsversorgung für ein 5 Volt-Spannungsniveau, z. B. als Spannungsversorger für den Operationsverstärker oder den Kom- parator .
Figur 9 zeigt im Vergleich dazu Schaltungskomponenten eines etwas aufwendiger gestalteten Spannungsversorgers , der den Signalport SP mit einer relativ hohen Aktivierungsspannung versorgen soll.
Figur 10 zeigt eine Treiberschaltung, die im Vergleich mit der Schaltung der Figur 1 noch ein resistives Element R20, ein resistives Element R26 und ein kapazitives Element C13 aufweist. Das resistive Element R20 ist zwischen dem
invertierenden Eingang des Komparators KOMP in dem
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPAMP verschaltet. Das resistive Element R26 ist in Serie zum kapazitiven Element C13 verschaltet. Die Serienverschaltung aus R26 und C13 ist parallel zum resistiven Element und zwischen dem invertierenden Eingang des Komparators und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verschaltet.
Das Bereitstellen der Serienverschaltung aus dem resistiven Element R26 und dem kapazitiven Element C13 verbessert das Regelverhalten und damit die Signalqualität des Signals, das am Signalport SP bereitgestellt werden kann.
Figur 11 zeigt entsprechend Figur 10 eine Variation der
Schaltung der Figur 5, die das resistives Element R20, das resistive Element R26 und das kapazitives Element C13
aufweist, um das Regelverhalten und die Signalqualität am Signalport SP zu verbessern.
Die Treiberschaltung, die Taste und das Verfahren zum Betrieb einer Taste sind nicht auf die gezeigten technischen Merkmale und Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Treiberschaltung kann zusätzliche elektrisch leitende Verbindungen und zusätzliche Schaltungskomponenten umfassen. Insbesondere kann die Treiberschaltung zusätzliche Datenkanäle vom MikroController zur Halbbrücke aufweisen, um weitere Freiheitsgrade beim For¬ men der zeitlichen Abhängigkeit des Spannungssignals, das an den Signalport zu übermitteln ist, zur Verfügung zu stellen.
Bezugs zeichenliste
AI, A2 erster, zweiter Anschluss
ADC A/D-Wandler
C Kondensator
D Dach
Dl, D2 erste, zweite Diode
DAC D/A-Wandler
El, E2 erste, zweite Elektrode
EL Elektrodenlage
GK Grundkörper
GND Masse
H Gesamthub des piezoelektrischen Bauelements
Hl, H2 erster, zweiter Teilhub
HB Halbbrücke
K Kondensator
Kl, K2, K3 erster, zweiter, dritter Knoten
K4, K5 vierter, fünfter Knoten
KOMP Komparator
L Spule
OPAMP Operationsverstärker
PB piezoelektrisches Bauelement
R Widerstand
SP Signalport
SW Spannungswandler
Tl, T2 erster, zweiter Transistor
TS Treiberschaltung

Claims

Patentansprüche
1. Treiberschaltung, umfassend
- einen Signalport mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss,
- einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten,
- einen Komparator mit einem invertierenden Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem Ausgang,
- einen Operationsverstärker mit einem invertierenden
Eingang, einem nicht-invertierenden Eingang und einem
Ausgang,
wobei
- der erste Anschluss mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden ist,
- der zweite Anschluss mit dem nicht-invertierenden Eingang des Komparators elektrisch leitend verbunden ist,
- der invertierende Eingang des Komparators mit dem Ausgang des Operationsverstärkers elektrisch leitende verbunden ist,
- der erste Knoten mit dem Ausgang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden ist,
- der invertierende Eingang des Komparators mit dem
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden ist und
- der zweite Knoten mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden ist.
2. Treiberschaltung nach dem vorherigen Anspruch, umfassend
- eine Halbbrücke,
- einen dritten Knoten, einen vierten Knoten und einen fünften Knoten,
- einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor,
- eine erste Diode und eine zweite Diode und
- einen Kondensator, wobei
- die Halbbrücke mit dem ersten Anschluss, mit dem ersten Transistor, mit dem zweiten Transistor, mit dem Ausgang des Komparators, mit dem vierten Knoten und mit dem fünften
Knoten elektrisch leitend verbunden ist,
- die ersten Diode mit dem ersten Anschluss und dem
Kondensator elektrisch leitend verbunden ist,
-die zweite Diode mit dem ersten Anschluss elektrisch leitend verbunden ist,
- der ersten Transistor mit dem ersten Anschluss und dem dritten Knoten elektrisch leitend verbunden ist,
- der zweite Transistor mit dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss elektrisch leitend verbunden ist.
3. Treiberschaltung nach dem vorherigen Anspruch, ferner umfassend
- einen MikroController, einen A/D-Wandler, einen D/AWandler, einen Spannungswandler und ein piezoelektrisches Bauelement,
wobei
- der erste Knoten über den A/D-Wandler mit dem
MikroController elektrisch leitend verbunden ist,
- der zweite Knoten über den D/A-Wandler mit dem
MikroController elektrisch leitend verbunden ist,
- der vierte Knoten elektrisch leitend mit dem
MikroController verbunden ist,
- der fünfte Knoten elektrisch leitend mit dem
MikroController verbunden ist,
- der dritte Knoten ist über den Spannungswandler elektrisch leitend mit einem Versorgungsanschluss verbunden ist und
- der Signalport mit dem piezoelektrischen Bauelement elektrisch leitend verbunden ist.
4. Treiberschaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das piezoelektrische Bauelement Teil eines Schalters mit haptischer Rückmeldung ist,
- ein Tastendruck durch Auswertung einer am piezoelektrischen Bauelement anliegenden Spannung registriert werden kann und
- die haptische Rückmeldung durch Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Bauelement erzeugt werden und/oder ein oder mehrere Ausgänge des MikroControllers geschalten werden kann .
5. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Spannungsteiler zwischen dem
Signalport und dem Komparator und/oder einen Spannungsteiler zwischen dem Signalport und dem Operationsverstärker.
6. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der eine Spannung am Signalport durch eine Schaltregelung einstellbar ist.
7. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Komparator durch einen Operationsverstärker ohne Rückkopplung realisiert ist.
8. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Komparator mit einstellbarer Hysterese realisiert ist .
9. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Spannungsversorgung zumindest eines
Operationsverstärkers mit einem Längsregler realisiert ist.
10. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen hochohmigen Spannungsteiler, über den die am Signalport anliegende Spannung dem
Operationsverstärker zugeführt wird.
11. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Signalport über einen Schaltregler vom Komparator angesteuert und mit einer vorgegebenen Spannung versorgt wird .
12. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Spule, die mit dem ersten Anschluss elektrisch leitend verbunden ist.
13. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Signalport durch Triggerung von einem oder mehreren digitalen Eingängen eines MikroControllers aktivierbar ist.
14. Treiberschaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Triggern durch einen Touchsensor auslösbar ist.
15. Treiberschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend
- ein resistives Element zwischen dem invertierenden Eingang des Komparators und dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers ,
- einer Serienverschaltung mit einem resistiven Element und einem kapazitiven Element, die parallel zum resistiven
Element und zwischen dem invertierenden Eingang des
Komparators und dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers verschaltet ist.
16. Taste mit haptischer Rückmeldung, umfassend
- ein piezoelektrisches Bauelement und eine Treiberschaltung, wobei die Treiberschaltung dazu vorgesehen ist, - eine vom piezoelektrischen Bauelement induzierte Spannungsänderung zu registrieren und beim Drücken und/oder Loslassen der Taste das piezoelektrische Bauelement mit einer Spannung zu beaufschlagen.
17. Verfahren zum Betreiben einer Taste mit haptischer
Rückmeldung, umfassend die Schritte:
- Registrieren einer von einem piezoelektrischen Bauelement induzierten Spannungsänderung,
- Aktivieren des piezoelektrischen Bauelements durch
Beaufschlagen mit einer Spannung, wenn die vom
piezoelektrischen Bauelement induzierte Spannung steigt oder fällt.
18. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei ein Teil der Energie beim Aktivieren zurückgewonnen wird.
19. Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei das Registrieren der Spannungsänderung das Auswerten einer zeitlichen Änderung einer Spannung am elektrischen Bauelement umfasst.
20. Verfahren nach einem der drei vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein Initialisieren einer Treiberschaltung durch einen MikroController, wobei festgestellt wird,
- ob ein Bauteil an einem Signalport angeschlossen ist,
- wie groß die Kapazität einer an einem Signalport
angeschlossenen Schaltungskomponente ist, und/oder
- wie hoch die Resonanzfrequenz einer an einem Signalport angeschlossenen Schaltungskomponente ist.
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